基于湿球温度的板式蒸发式空冷器模型及数值求解

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果基于湿球温度的板式蒸发式空冷器模型及数值求解摘要：根据热力学和传热学理论，建立了板式间接蒸发式空冷器传递过程的基本微分方程组。引入两个基于湿球温度差的比热和对流换热系数后，推导得到了以空气湿球温度为推动势的等价微分方程组。应用四阶-龙格库塔法求解并分析了一个实例空冷器内各流体的温度分布和热工性能。该分析模型为进一步分析蒸发式空冷器的热工性能和设计方法提供了理论依据。关键词：板式蒸发式空冷

2、器湿球温度分析模型数值求解一引言蒸发式空冷器利用自然环境中空气的干湿球温差取得冷量来冷却高温流体，其在制冷、化工、冶金电站等领域中有广泛的应用，蒸发式空冷器热工性能的好坏直接影响到系统运行的效果。板式间接蒸发式空冷器(如图1所示)是蒸发式空冷器的一种典型形式。蒸发式空冷器具有耗水量少、能耗低等优点。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博

3、士生必须有创新性的成果板式间接蒸发式空冷器冷却侧由于传热和传质过程同时进行，相互耦合，质量的传递促使热量的迁移；同时热传递有强化液膜表面的蒸发，因此其传输机理相当复杂。国内外学者对间接蒸发式空冷器进行了大量的研究工作。从现有的文献看，间接蒸发式空冷器热质交换的基本理论主要是以Merkel方程为基础，空气和喷淋水的总热交换是以焓差为推动力。Maclaine-cross和Banks[1]假设空气焓与湿球温度呈线性关系，并且忽略水的热容量以及水膜静止，从而建立相应的间接蒸发冷却线性分析模型。Chen等[2]提出整个换热器内水

4、膜表面温度恒定并等于其平均值的近似假设，虽然模型精度降低，但便于分析计算。应用焓差作为推动力的热湿交换分析方法，Webb等[3][4]则给出了冷却塔，蒸发式冷却器和蒸发式冷凝器三种蒸发冷却式换热器的热工计算方法。然而由于空气侧同时进行着传热和传质过程，以及湿空气饱和蒸汽压和温度之间的非线性关系使间接蒸发式空冷器热工性能分析更加复杂。以温差为推动势的空气-空气换热器的热工性能分析和设计方法都不能直接应用于间接蒸发空冷器。作者从质量和能量守恒出发，假设空气焓与湿球温度呈线性关系，推导出以空气湿球温度差为推动势间接蒸发式空冷

5、器的分析模型，该模型的基本微分方程组的形式与以温差为推动势的空气-空气换热器的一致。并用四阶-龙格库塔法求解了一个实例的各流体的温度分布和热工性能。二板式蒸发式空冷器传递过程的基本方程组课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果本文以逆流板式间接蒸发式空冷器为研究对象。物理模型示意如图2所示。数学模型做了如下假设：1.

6、空冷器内传热传质过程处于稳态，忽略外壳的散热损失。.各流体热物性为常数。流体的状态参数仅沿流动方向变化。.水膜均匀分布，忽略水膜波动和水膜厚度对传热和流动的影响，忽略水膜的蒸发损失；水膜在传热壁面上完全润湿。.忽略空气中离散水珠对传热传质的影响。.湿空气的传热传质过程符合刘易斯关系式，即。.湿空气饱和蒸汽压与湿球温度呈线性关系。取微元体Bdz进行传热传质分析。因此，热流体侧的能量守恒方程为：其中，为热流体侧与水膜之间的传热系数，为热流体侧的对流换热系数，为壁面热阻，空气侧壁面的污垢热阻，为壁面与水膜之间的对流换热系数。

7、因为水膜很薄，可认为气液界面的湿空气的饱和温度等于水膜的温度，则空气侧水蒸气的质量守恒方程为：其中为空气侧的传质系数，为水膜温度所对应的饱和含湿量。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果空气侧的能量守恒方程为：其中为水膜温度所对应的汽化潜热，为空气侧的对流换热系数。把式和式代入式并化简得到：因为，因此式可化简为：从

8、式可得到，空气的干球温度变化主要取决于空气和水膜之间的显热交换，而潜热交换对空气干球温度的变化几乎可以忽略。由于本文忽略水膜的蒸发损失，所以可认为基本不变，所以水膜的能量守恒方程为：综上，根据质量和能量守恒导出的板式间接蒸发空冷器的基本微分方程组由式、、、组成。方程组的未知量有，，，，，而方程只有四个不封闭，所以还需要补充条件。三